1、环境噪声控制工程,消声器是一种既能允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。一个合适的消声器，可以使气流声降低20-40dB消声器只能用来降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，而不能降低，空气动力设备本身所辐射的噪声。,Chapter 9 消声器,三个基本要求,正常工况下，在所要求的频率范围内，有足够大的消声量。消声器对气流的阻力要小，阻力系数要低，不能影响空气动力设备的正常运行。气流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低。,Chapter 9 消声器,9.1 消声器性能评价9.2 消声器的分类和消声机理9.3 消声设计9.4 消声设计工程实例,9.1 消声器性能评价
2、,9.1.1 声学性能9.1.2 空气动力性能9.1.3 结构性能,9.1.1 声学性能,1.插入损失2.传声损失3.减噪量4.衰减量,1.插入损失,插入损失：系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功率级之差。,1.插入损失,LPi：第i个频带的声压级i:第i个频带的A计权修正量Di:第i个频带的插入损失,声场的情况保持不变,2.传声损失TL,传声损失：消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。,LPi、LPt:消声器进口端、出口端的声压级Ki、Kt:入射、透射声背景修正量Si、St:消声器进口端、出口端的截面积,3.减噪量,减噪量：消声器进口端面测得的平均声压级与出口端测得的平均声压级差。
3、,4.衰减量,衰减量：消声器内部两点之间的声压级的差值，dB/m。,9.1.2 空气动力学性能,阻力损失：出口端流体静压比进口端降低的数值。,阻力损失：,a.局部阻力损失简称阻损，,v小截面上的气流平均速度局部阻力系数，与消声器截面扩张比有关。-空气的密度,2.阻力损失：,2.阻力损失：,b.沿程阻力损失:是由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产生的阻力损失。,l管道长度D管道直径沿程摩擦阻力系数,9.1.3 结构性能,材料坚固、耐用；体积小、重量轻；外形美观大方结构简单、便于加工、使用、价格便宜。,9.2 消声器的分类和消声机理,消声器,阻性消声器,抗性消声器,阻抗复合式消声器,微穿孔板消声器
4、,扩散性消声器,扩张室消声器,共振腔消声器,干涉式消声器,无源消声器,有源消声器,小孔消声器,多孔扩散消声器,节流减压消声器,9.2.1 阻性消声器,1.消声机理：由一维理论导出：,经验公式：,:消声器的消声系数L:消声器断面周长l:消声器长度，S：消声器截面积,例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？,解：,由公式：,因为管道的有效直径为：,则管道断面有效周长为：,1）当管道为圆形时,2）当管道截面为正方形时,则管道断面周长为：,
5、所以，,3）当管道截面为1：5矩形时,则管道断面长和宽分别为：,则管道断面周长为：,所以，,因此，有：LA3LA2 LA1,即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆形管道声音衰减量最小。,高频失效频率,c:声速D：消声通道的当量直径,圆形取直径,矩形取边长平均值,其他取面积的开方,高频失效频率,2.阻性消声器的优缺点,优点：在较宽的中、高频范围内消声，特别是对刺耳的高频声消声效果明显。缺点：在高温、高速、含水蒸汽、含尘、含油以及对吸声材料有腐蚀性的气体中寿命短，消声效果差；对低频噪声消声效果不理想。,3.常用阻性消声器的类型,1.直管式 2.片式 3.蜂窝式4.折板式 5.声流式 6.室式
6、 7.迷宫式 8.盘式 9.弯头式,1.直管式消声器,优点：加工简单，空气动力性能好，适用于气体流量较小的情况。缺点：不适用于气体流量较大的情况。,2.片式消声器,优点：结构不复杂，中、高频消声效果好，阻力系数较小。,3.折板式消声器,优点：适用于压力和噪声较高的设备。缺点：大大增加了阻力损失。,4.声流式消声器,优点：可达到高消声、低阻损的要求，阻力系数介于片式和折板式消声器之间，适用于大断面流通管道。缺点：加工复杂，造价较高。,5.蜂窝式消声器,优点：中、高频消声效果好，可根据不同的适应范围，设计单元结构。缺点：阻力损失较大，阻力系数一般在1-1.5之间，用于风量较大、流速较低的情况。,6
7、.室式消声器,优点：消声频带较宽，消声量较大。缺点：阻力损失较大，占用空间也大，一般适用于低速进排风消声。,7.迷宫式消声器,优点：可用于流量大、流速低，要求消声量高的情况。缺点：气流速度不能过大，否则产生的阻力损失较大。,8.盘式消声器,优点：阻损小，体积小，重量轻、安装简便用于锅炉鼓风机进风口消声、各类风机进风口或管道开口端。隔声罩、室顶部的散热消声器风口。,9.弯头式,优点：结构简单、体积小，占地少，在通风空调工程中应用普遍缺点：,三、气流对阻性消声器性能的影响,1）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高速气流）,A：顺流时（气流与声传播方向一致），由于气体流速在管道内不均一，根据
8、折射原理，声波向管壁弯曲，促进消声降噪；逆流时（气流与声传播方向相反），声波向管道中心弯曲，导致声波与吸声材料接触机会减少，不利于消声降噪。,三、气流对阻性消声器性能的影响,B:马赫数M:气流速度v与声速c的比值 M=v/c,顺流时（气流与声传播方向一致），M值为正，消声系数变小，不利于消声降噪；逆流时（气流与声传播方向相反），M值为负，消声系数变小，促进消声降噪；,2）气流再生噪声,气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声,气流经过消声器通道时，因局部阻力或摩擦阻力而产生湍流，相应辐射一些噪声；气流激发消声器构件振动而辐射噪声。,在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式为：,其中：LA
9、气流再生噪声 消声器内气流速度，m/s A常数，与管衬结构，特别是表面结构有关,一个消声器具体应用到现场时，气流究竟对它的性能影响有多大，需结合噪声源强度、气流速度大小以及消声器结构等因素进行具体分析；不同的结构，气流在管道中允许风速不同。,9.2.2 抗性消声器,抗性消声器与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，仅依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变面产生声能的反射、干涉，从而降低由消声器向外辐射的声能,9.2.2 抗性消声器,优点：不需要使用多孔吸声材料，耐高温、抗潮，流速较大，洁净要求较高的条件有优势。对低频噪声有较好的效果。,常用抗性消声器的类型,1.扩张室式消声器
10、2.共振式消声器3.干涉式消声器,1.扩张室式消声器,利用管道横断面的扩张和收缩引起的反射和干涉现象进行消声。,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,选择题,声波在突变截面管道中传播时与传播方向无关的系数为.()A声压的反射系数；B声强的反射系数；C声强的透射系数 D声功率的透射系数,1.扩张室式消声器,a.消声量的计算：消声器的传声损失：,1.扩张室式消声器,a.消声量的计算：,1.扩张室式消声器,消声器的传声损失：,1.扩张室式消声器,1.扩张室式消声器,b.改善消声特性的方法：多节扩张室串联,1.扩张室式消
11、声器,b.改善消声特性的方法：在扩张室内插入内接管,消除半波长奇数倍完全通过的频率,消除半波长偶数倍完全通过的频率,1.扩张室式消声器,c.上、下限截止频率：,系数与阻性消声器不同,扩张比不能太大,1.扩张室式消声器,原理类似公式7-21,2.共振式消声器,利用共振吸声原理进行吸声。,课堂习题,例：某声源排气噪声在125Hz有一峰值，排气管直径100mm，扩张管长度为2m，设计一单节扩张式消声器，要求在125Hz处有13dB的传递损失。,2.共振式消声器,2.共振式消声器,a.消声量的计算：对频率为f 的声波的消声量为：,2.共振式消声器,工程上开多个孔，若孔心距5d，各孔间声辐射不干涉时，,
12、V空腔体积G传导率（长度量纲）,2.共振式消声器,2.共振式消声器,某一频带内的消声量：,倍频带：,1/3倍频带：,2.共振式消声器,b.改善消声性能的方法：选定较大的K 值；增加声阻:共振腔填充吸声材料,使消声量下降的缓慢多节共振腔串联:使共振频率错开,3.干涉式消声器,原理：借助于相干声波相互抵消作用，来达到消声目的。分类：无源(被动式)消声器和有源(主动式)消声器两类。特点：具有显著的频率选择性。,无源消声器：,将声波分成两路，在并联的管道内分别传播不同的距离后，再汇合在一起。,有源消声器,人为外加相位相反的声波使它们产生干涉而抵消。,9.2.3 阻抗复合式消声器,9.2.3 阻抗复合式
13、消声器,9.2.4 微穿孔板式消声器,9.2.5 扩散消声器,1.小孔消声器 改善噪声频谱特性fp=0.2v/D v-喷注速度，D-喷口直径 fp-峰值频率,1.小孔消声器,2.多孔扩散消声器,2.多孔扩散消声器 降低气流速度3.节流减压消声器 分散压降Lw=10lgS+80lgV-45气流速度V，喷口面积S,3.节流减压消声器,9.3 消声设计,9.3.1 消声设计原则9.3.2 消声设计程序9.3.3 阻性消声器的设计9.3.4 共振式消声器的设计,9.3.1 消声设计原则,消声措施适用于降低空气动力性机器、设备的噪声。1.根据噪声源所需的噪声量、空气动力性能要求以及空气动力设备管道中的防
14、潮、耐蚀、防火、耐高温等要求，选择消声器的类型。,9.3.1 消声设计原则,2.根据声源空气动力性能的要求，考虑消声器的空气动力性能，是消声器的阻力损失控制在机械设备正常的工作范围内；3.设计消声器时，考虑到气流再生噪声的影响，是气流再生噪声小于环境允许的噪声级；4.注意消声器和管道中的气流速度；5.还应该考虑到隔声及坚固耐用、体积大小与空气机械设备匹配问题。,9.3.2 消声设计程序,噪声源现场调查及特性分析,验算其消声效果（上下截止频率的检验、消声器的压力损失、实际消声效果）,了解环境特点，选定噪声控制标准,计算所需消声量,设计合适的消声器,确定受声点允许的噪声级和各频带声压级,噪声源使用
15、条件,设备的空气动力特性,9.3.3 阻性消声器的设计,1.阻性消声器的设计程序a.选择消声器的结构形式管道直径：500mm片式、蜂窝式或其它形式,9.3.3 阻性消声器的设计,1.阻性消声器的设计程序b.选择合适的吸声材料c.确定消声器的长度d.合理选择吸声材料的护面结构e.验算消声效果：高频失效频率、气流再生的影响。压力损失,2.阻性消声器的设计计算方法,a.消声量的计算,2.阻性消声器的设计计算方法,b.高频失效频率的计算,9.3.4 共振式消声器的设计程序,a.根据降噪要求，确定共振频率和频带的消声量，而后求出相应的K值;,倍频带：,1/3倍频带：,某一频率：,9.3.4 共振式消声器的设计程序,b.确定K值后，按公式计算出V和G值;,9.3.4 共振式消声器的设计程序,c.设计消声器的几何尺寸:对同一G:有多种孔径、板厚和穿孔数的组合；对同一V:有多种不同几何形状和尺寸。常用的设计孔径取3-10mm;开孔率为0.5%-5%孔板厚度：1-3mm空腔深度：100-200mm,9.3.4 共振式消声器的设计程序,d.验算：,共振频率：,高频失效问题：,所有尺寸小于1/3波长,课堂练习,在管径为100mm的常温气流管道上，设计一单腔共振消声器，要使其中125Hz的倍频程上有15dB的消声量。,
